一种收发分置连续波相控阵雷达系统及其波束控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种收发分置连续波相控阵雷达系统及其波束控制方法，该系统的阵列天线结构布局选择四阵列结构布局，每一阵列方位覆盖90

【技术实现步骤摘要】
一种收发分置连续波相控阵雷达系统及其波束控制方法


[0001]本专利技术涉及雷达系统设计
，特别是一种收发分置连续波相控阵雷达系统及其波束控制方法。

技术介绍

[0002]相控阵雷达能够完成目标搜索、跟踪、探测和识别等多种任务，能同时监视和跟踪多个目标，因而在防空警戒、多目标弹道测量等领域得到了广泛的应用。传统脉冲调制相控阵雷达，发射机采用磁控管结构，存在体积大、效率低、且脉冲宽度和调制带宽难以调节等缺点。
[0003]近年来，随着先进固态器件技术的发展，采用全固态发射机的有源相控阵雷达具有体积小、重量轻、可靠性高和成本低等特点。基于收发分置连续波调制的有源相控阵雷达可发射灵活易变的大占空比波形，能够大大降低雷达峰值辐射功率，具有良好的低截获性能，同时可消除距离盲区，其关键在于连续波雷达泄露信号抑制技术。
[0004]目前，连续波雷达泄露信号抑制采用射频对消和空间隔离技术。射频对消技术通过耦合发射机的输出信号作为对消信号，可防止强泄露信号造成雷达接收前端饱和。该技术仅对消发射泄露信号，而不能抑制发射信号边带噪声。泄露到接收机内的发射信号边带噪声功率N
leak
(dBW)可表示为N
leak
＝P
CW
+η+B
n
‑
D
g
，式中，P
CW
(dBW)表示发射信号功率，η(dBc/Hz)表示发射信号相位噪声，B
n
(dBHz)表示检测带宽，即傅里叶变换后子滤波器带宽，D
g
(dB)表示收发天线隔离度。例如，当P
CW
＝20dBW，η＝
‑
120dBc/Hz，为防止发射信号边带噪声抬高接收机噪底，要求发射信号边带噪声功率低于接收机噪声功率，即要求：20dBW
‑
120dBc/Hz+B
n
‑
D
g
≤
‑
204dBW/Hz+B
n
，得到D
g
≥104dB，表明收发天线隔离度至少为104dB才能满足系统设计要求。因此，提高收发天线隔离度成为连续波雷达泄露信号抑制的关键，现有的连续波相控阵雷达系统存在的问题为：收发天线隔离度较低，制约了连续波雷达探测能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种收发分置连续波相控阵雷达系统及其波束控制方法，利用45
°
间隔放置的收发阵面增加收发天线空间距离，实现发射信号和接收信号的高隔离度，解决连续波雷达泄露信号抑制问题，提高连续波雷达探测性能。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种收发分置连续波相控阵雷达系统，该系统的阵列天线结构布局选择四阵列结构布局，每一阵列方位覆盖90
°
范围，并且收发阵面分置，发射阵、接收阵间隔45
°
交替设置；
[0007]阵列天线的最佳阵面倾角以及阵列天线几何构型，根据相控阵雷达空间坐标系下的俯仰向扫描范围确定；
[0008]阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距，根据最佳阵面倾角以及相控阵雷达空间坐标系下方位向扫描范围和俯仰向扫描范围确定；
[0009]阵列天线方位向单元数和俯仰向单元数，根据阵列天线方位向单元间距和俯仰向
单元间距以及方位向波束宽度和俯仰向波束宽度的要求确定；
[0010]正弦空间坐标系下的波位编排，根据相控阵雷达正弦空间扫描区域范围，在正弦空间坐标系下确定；
[0011]相控阵雷达球坐标系下的波束分布，根据相控阵雷达正弦空间坐标系下的波位编排，在相控阵雷达球坐标系下确定；
[0012]发射波束和接收波束，根据相控阵雷达球坐标系下波束分布，控制阵列天线单元幅度和相位而形成。
[0013]一种收发分置连续波相控阵雷达系统的波束控制方法，系统的阵列天线结构布局选择四阵列结构布局，每一阵列方位覆盖90
°
范围，并且收发阵面分置，发射阵、接收阵间隔45
°
交替设置，波束控制方法步骤如下：
[0014]步骤1、根据阵列天线结构布局，确定相控阵雷达空间坐标系下的阵列方位向扫描范围；
[0015]步骤2、根据相控阵雷达空间坐标系下的俯仰向扫描范围，确定最佳阵面倾角以及阵列天线几何构型；
[0016]步骤3、根据步骤2中确定的最佳阵面倾角以及相控阵雷达空间坐标系下方位向扫描范围和俯仰向扫描范围，确定相控阵雷达正弦空间扫描区域范围以及阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距；
[0017]步骤4、根据步骤3中确定的阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距以及方位向波束宽度和俯仰向波束宽度的要求，确定阵列天线方位向单元数和俯仰向单元数；
[0018]步骤5、根据步骤3中确定的相控阵雷达正弦空间扫描区域范围，在正弦空间坐标系下确定波位编排；
[0019]步骤6、根据步骤5中相控阵雷达正弦空间坐标系下确定的编排波位，在相控阵雷达球坐标系下确定波束分布；
[0020]步骤7、根据步骤6中相控阵雷达球坐标系下波束分布，控制阵列天线单元幅度和相位，形成发射波束和接收波束。
[0021]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0022](1)收发天线高隔离度：收发阵面45
°
间隔放置，同时在俯仰位置上错开，在有限的空间范围内可以实现大间距的空间隔离，可在收发天线阵面之间灵活开设扼流槽、铺设吸波材料等措施来进一步提高收发天线阵面之间的隔离度，解决了连续波雷达探测能力受收发天线隔离度制约的问题；
[0023](2)降低双程波束扫描损耗波动：波束在扫描过程中，偏离阵列法线的扫描角越大，波束扫描损耗越大，传统收发阵列共面，双程波束扫描损耗是单程波束扫描损耗的2倍，导致远离阵列法线的扫描角波束损耗比法线方向多达3～4dB左右；而本方法收发波束45
°
互补，波束损耗波动在0.8～1dB左右，可保证波束在扫描范围内获得相对恒定的探测威力，有利于切向运动目标的检测。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的总流程图。
[0025]图2是本专利技术所使用的阵列天线结构布局图。
[0026]图3是本专利技术所使用的天线阵列在笛卡尔坐标系中的几何模型图。
[0027]图4是本专利技术方法得到的阵列法线方向三维波束方向图。
[0028]图5是本专利技术方法得到的相控阵雷达正弦空间坐标系下确定的编排波位图。
[0029]图6是本专利技术方法得到的相控阵雷达正弦空间坐标系下的波束指向图。
[0030]图7是本专利技术方法得到的相控阵雷达空间坐标系下的波束指向图。
[0031]图8是本专利技术方法得到的相控阵雷达正弦空间坐标系下的发射波束和接收波束指向图。
[0032]图9是本专利技术方法得到的相控阵雷达波束扫描过程中产生的扫描损耗图。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种收发分置连续波相控阵雷达系统，其特征在于，该系统的阵列天线结构布局选择四阵列结构布局，每一阵列方位覆盖90
°
范围，并且收发阵面分置，发射阵、接收阵间隔45
°
交替设置；阵列天线的最佳阵面倾角以及阵列天线几何构型，根据相控阵雷达空间坐标系下的俯仰向扫描范围确定；阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距，根据最佳阵面倾角以及相控阵雷达空间坐标系下方位向扫描范围和俯仰向扫描范围确定；阵列天线方位向单元数和俯仰向单元数，根据阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距以及方位向波束宽度和俯仰向波束宽度的要求确定；正弦空间坐标系下的波位编排，根据相控阵雷达正弦空间扫描区域范围，在正弦空间坐标系下确定；相控阵雷达球坐标系下的波束分布，根据相控阵雷达正弦空间坐标系下的波位编排，在相控阵雷达球坐标系下确定；发射波束和接收波束，根据相控阵雷达球坐标系下波束分布，控制阵列天线单元幅度和相位而形成。2.根据权利要求1所述的收发分置连续波相控阵雷达系统，其特征在于，相控阵雷达空间坐标系下的每一阵列方位向扫描范围为az＝[
‑
45
°
,45
°
]，以发射阵1法线方向为0
°
，顺时针方向为正，发射阵1方位扫描区域为(315
°
，360
°
)和(315
°
，45
°
)，发射阵2方位扫描区域为(45
°
，135
°
)，发射阵3方位扫描区域为(135
°
，225
°
)，发射阵4方位扫描区域为(225
°
，315
°
)；接收阵面相比于发射阵面错开45
°
，接收阵1方位扫描区域为(0
°
，90
°
)，接收阵2方位扫描区域为(90
°
，180
°
)，接收阵3方位扫描区域为(180
°
，270
°
)，接收阵4方位扫描区域为(270
°
，360
°
)。3.根据权利要求1所述的收发分置连续波相控阵雷达系统，其特征在于，所述阵列天线的最佳阵面倾角以及阵列天线几何构型，通过以下过程确定：记相控阵雷达空间坐标系下的俯仰向扫描范围为el，为使给定的扫描范围内波束的最大扫描角最小，确定最佳阵面倾角满足其中el
max
表示俯仰向最大扫描角，el
min
表示俯仰向最小扫描角；阵列天线几何构型选用矩形栅格，天线单元位置等间隔排列。4.根据权利要求3所述的收发分置连续波相控阵雷达系统，其特征在于，所述阵列天线方位向单元间距和俯仰向单元间距，通过以下过程确定：根据相控阵雷达空间坐标系到正弦空间坐标系的转换公式，确定相控阵雷达正弦空间扫描区域范围：α＝cos(el)
×
sin(az)β＝sin(el)
×
cos(θ
T
)
‑
cos(el)
×
cos(az)
×
sin(θ
T
)其中α表示相控阵雷达正弦空间横坐标，β表示正弦空间纵坐标；az、el分别为相控阵雷达空间坐标系下方位向扫描范围和俯仰向扫描范围；θ
T
为最佳阵面倾角；参照阵列天线在笛卡尔坐标系中的几何模型，阵列天线排布在x
‑
y平面内，阵列天线方
位向单元间距记为d
x
，根据方位向扫描范围内不出现栅瓣条件，确定方位向单元间距满足其中λ
min
表示最小工作波长；阵列天线俯仰向单元间距记为d
y
，根据俯仰向扫描范围内不出现栅瓣条件，确定俯仰向单元间距满足5.根据权利要求4所述的收发分置连续波相控阵雷达系统，其特征在于，所述阵列天线方位向单元数和俯仰向单元数，通过以下过程确定：根据确定的方位向单元间距以及方位向波束宽度要求，阵列天线方位向单元数N
s
满足其中λ
max
表示最大工作波长，θ
3dB
表示方位向3dB波...

【专利技术属性】
技术研发人员：付伟，柯涛，司军，宋佳，张恒，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：